TPS61010 - Reset durch Lastprung verhindern

[Alexander H. (alexander_h732)]

Hallo Leute,

ich verwende einen Atmega8 an der unteren Grenze (2,7V), der über einen 
TPS61010 versorgt wird.
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps61016.pdf
Bei Abschalten eines Verbrauchers(40mA) regelt der TPS nicht ganz 
sauber, d.h. es entsteht ein Spannungssprung von 2,73 auf 2,69V, der zum 
Reset des Atmega führt.

Ich habe das Layout, Spule und die Kondensatoren(Eingang 10uF/Ausgang 
10uF) des TPS komplett vom Datenblatt übernommen.
Außer dem Anheben der Betriebsspannung oder Deaktivieren der BOD fällt 
mir momentan nichts ein, aber vielleicht fällt kennt hier jemand noch 
einen Trick dazu.

Viele Grüße
Alexander

[Michael B. (laberkopp)]

Alexander H. schrieb:
> vielleicht fällt kennt hier jemand noch einen Trick dazu.

Grösseren Ausgangskondensator bzw. geringerer ESR ?

[Rainer W. (rawi)]

Alexander H. schrieb:
> ich verwende einen Atmega8 an der unteren Grenze (2,7V),

> ..., d.h. es entsteht ein Spannungssprung von 2,73 auf 2,69V, der zum

Wenn du deinen ATmega auf 10mV an der Grenze betreibst, solltest du dein 
Design vielleicht einmal überdenken.

Deine Verdrahtung oder deine Schaltung können auch ihren Beitrag 
leisten.

[Vanye R. (vanye_rijan)]

1. Du ueberdenkts dein schlechtes Design!

2. Du verstehst die Kompensation deines Schaltregler und schaffst es da 
noch was zu verbessern.

3. Du pappst dem Controller noch 1R in seine Zuleitung

Vanye

[Gerd E. (robberknight)]

Alexander H. schrieb:
> Bei Abschalten eines Verbrauchers(40mA)

was ist das denn für ein Verbraucher und wie wird der geschaltet? Ist 
das vielleicht ein Relais oder Motor etc. und da entstehen beim 
Abschalten irgendwelche Störsignale?

Wie ist der Reset-Pin des Controllers beschaltet? Ist da z.B. nen 100nF 
Kondensator gegen Masse dran oder hängt der ganz offen? Irgendwelche 
Leiterbahnen an der Reset-Leitung, wenn ja wie lang?

[S. L. (sldt)]

> ich verwende einen Atmega8 an der unteren Grenze (2,7V) ... BOD ...

?

[Alexander H. (alexander_h732)]

Gerd E. schrieb:
> was ist das denn für ein Verbraucher und wie wird der geschaltet? Ist
> das vielleicht ein Relais oder Motor etc. und da entstehen beim
> Abschalten irgendwelche Störsignale?

Die Last ist ein LM9022 Verstärker IC, der ein VFD versorgt 
(Ladungspumpe).
Wenn der LM9022 in den Shutdown geht und ich ihn danach wieder per LOW 
einschalte, löst er den Reset des Atmega8 aus.
Das Ganze funktioniert aber tadellos, wenn er per LM317 (2,7V) versorgt 
wird.
Ich habe testweise den Spannungsteiler des TPS61010 auf 3V eingestellt, 
das Problem bleibt.
Also ist es wohl eher irgendeine Art Störpuls, kein Spannungsabfall der 
das Reset auslöst.
Auf meinem China Oszi sehe ich leider fast nichts, nur den Abfall der 
Ausgangsspannung des TPS, wenn ich die Last wegnehme.
Der TPS hat verschiedene Betriebsmodi, vielleicht hat es damit etwas zu 
tun?

[Rainer W. (rawi)]

Alexander H. schrieb:
> Also ist es wohl eher irgendeine Art Störpuls, kein Spannungsabfall der
> das Reset auslöst.

Dann stell doch erstmal fest, was der ATmega8 als Grund für den Reset 
nennt.

> Wenn der LM9022 in den Shutdown geht und ich ihn danach wieder per LOW
> einschalte, löst er den Reset des Atmega8 aus.

Wo in deiner Schaltung sitzt der LM9022? Ich mag jetzt nicht ewig 
suchen.
Welches Signal nutzt du, um ihn wieder einzuschalten?

> Auf meinem China Oszi sehe ich leider fast nichts, ...
Dann stell es doch so ein, dass du etwas siehst ;-)
Woran scheitert es denn?

[Alexander H. (alexander_h732)]

Der LM9022 sitzt anstelle des Trafos, alles sternförmig mit der 
Versorgung vom TPS verbunden.
Vcc vom Atmega über 1-3 Ohm hab ich auch probiert, keine Änderung.
Wie finde ich heraus, was der Atmega als Grund für den Reset nennt? 
Soetwas wie eine interne Logdatei gibt es ja wohl kaum.

An welcher Stelle messe ich denn am besten mit dem Oszi?
Am Ausgang vom TPS oder an Reset vom Atmega?

[Alexander H. (alexander_h732)]

Alexander H. schrieb:
> Der LM9022 sitzt anstelle des Trafos, alles sternförmig mit der
> Versorgung vom TPS verbunden.
> Vcc vom Atmega über 1-3 Ohm hab ich auch probiert, keine Änderung.
> Wie finde ich heraus, was der Atmega als Grund für den Reset nennt?
> Soetwas wie eine interne Logdatei gibt es ja wohl kaum.
> An welcher Stelle messe ich denn am besten mit dem Oszi?
> Am Ausgang vom TPS oder an Reset vom Atmega?

Edit:
Der LM9022 wird per LOW (Shutdown auf GND) eingeschaltet.
Im eingeschalteten Zustand ist die Ausgangspannung des TPS bereits 
wellig-hochfrequent (evtl. Störungen durc die Ladungspumpe =30kHz). 
Ausgeschaltet sehe ich ein Dreieck.
Kann das bereits der Grund für den Reset sein?

[S. L. (sldt)]

> Wie finde ich heraus, was der Atmega als Grund für den Reset nennt?

[Gerd E. (robberknight)]

Alexander H. schrieb:
> Wenn der LM9022 in den Shutdown geht und ich ihn danach wieder per LOW
> einschalte, löst er den Reset des Atmega8 aus.

Also das Problem tritt nicht beim Abschalten der Last auf, sondern wenn 
Du die Last
wieder einschaltest?

> Das Ganze funktioniert aber tadellos, wenn er per LM317 (2,7V) versorgt
> wird.
> Ich habe testweise den Spannungsteiler des TPS61010 auf 3V eingestellt,
> das Problem bleibt.

Eine Ladungspumpe hat ja einen Kondensator der geladen werden muss wenn 
sie eingeschaltet wird. Der Kondensator wird vermutlich leer sein oder 
nur mit den 2,7V geladen sein wenn sie aus ist. Wie groß ist der im 
Verhältnis zum Ausgangskondensator von dem TPS61010?

Der TPS61010 als Schaltregler reagiert etwas langsamer als ein 
Linearregler. Für den allerersten Moment muss also dessen 
Ausgangskondensator herhalten um Schwankungen auszugleichen.

[S. L. (sldt)]

> Das Ganze funktioniert aber tadellos, wenn er per LM317 (2,7V)
> versorgt wird.

Was ist dann der Grund für den Schaltregler?

PS:

Sowie der Grund für die 2.7 V - im Schaltplan finde ich nur 5 V.

[Rainer W. (rawi)]

Alexander H. schrieb:
> Der LM9022 sitzt anstelle des Trafos

Es wäre nicht unpraktisch, den wahren Schaltplan zu zeigen und nicht 
irgendetwas ähnliches.

[Alexander H. (alexander_h732)]

Rainer W. schrieb:
> Alexander H. schrieb:
>> Der LM9022 sitzt anstelle des Trafos
>
> Es wäre nicht unpraktisch, den wahren Schaltplan zu zeigen und nicht
> irgendetwas ähnliches.

Der liegt leider nur in Form eines Drahtigels vor.😅

Hier ein Link zur Uhr (mit fuses) :
https://radiokot.ru/circuit/digital/home/215/

Hab mal testweise die fuse BODEN deaktiviert, und damit geht es.
Was mich wundert, BODLEVEL0 hatte ich nicht gesetzt (der Autor der Uhr 
hatte das aber angegeben). Wenn ich BODLEVEL0 jedoch aktiviere, dann 
zeigt mein Display nichts an. Wie kann das sein?

Also muss wohl es eine ganz kurze Unterspannung sein, die den Reset 
verursacht, oder?
Wie lese ich diese Control/Status Register Bits aus? Ich nutze einen 
TL866 Programmer.

[Nemopuk (nemopuk)]

Den brown-out Detektor kannst du mit 2,7 V Versorgungsspannung nicht 
benutzen, da dieser mit etwas Pech bereits bei <= 2,9 V auslösen kann.

[Björn W. (bwieck)]

Warum betreibst du den Mega8 überhaupt mit 2,7V anstatt 5V? Gibt es da 
einen speziellen Grund dafür?

[Alexander H. (alexander_h732)]

Ok, das wusste ich nicht. Was ist denn der genaue Unterschied zwischen 
BODEN und BODLEVEL0?

[Nemopuk (nemopuk)]

Alexander H. schrieb:
> Ok, das wusste ich nicht. Was ist denn der genaue Unterschied
> zwischen BODEN und BODLEVEL0?

Das eine aktiviert den brown-out Detektor, das andere stellt seine 
Schaltschwelle ein. Siehe

S. L. schrieb:
> Angehängte Datei

Der brown-out Detektor dieses Mikrocontrollers ist nur für 3,3 und 5 V 
Versorgungsspannung geeignet.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Alexander H. schrieb:
> d.h. es entsteht ein Spannungssprung von 2,73 auf 2,69V,
Wenn es mal auf 4mV (1 Promille) ankommt, dann will ich nicht wissen, 
was passiert, wenn noch Alterung und Temperaturschwankungen mit rein 
kommen.

> Bei Abschalten eines Verbrauchers(40mA) regelt der TPS nicht ganz sauber
Warum regelt der nach unten, wenn eine LAst weggenommen wird?

Alexander H. schrieb:
> Ich habe testweise den Spannungsteiler des TPS61010 auf 3V eingestellt,
> das Problem bleibt.
Dann stimmt wohl was grundlegend nicht mit der Entkopplung der 
Versorgung und den Blockkondensatoren...

Alexander H. schrieb:
> Kann das bereits der Grund für den Reset sein?
Miss die Spannung direkt an den VErsorgungspins des AVR. Nur das, was 
genau dort an seinen Pins passiert, interessiert den µC. Nimm zum Messen 
eine Massefeder.

Alexander H. schrieb:
> Rainer W. schrieb:
>> Es wäre nicht unpraktisch, den wahren Schaltplan zu zeigen
> Der liegt leider nur in Form eines Drahtigels vor.😅
Genau jetzt ist ein guter Zeitpunkt einen Schaltplan zu zeichnen (mir 
ist absolut unklar, wie man eine Schaltung ohne Plan, also planlos 
aufbauen kann). Und dann postest du auch gleich noch das dazu passende 
Foto des Drahtigels.

[Nemopuk (nemopuk)]

Lothar M. schrieb:
> Miss die Spannung direkt an den VErsorgungspins des AVR. Nur das, was
> genau dort an seinen Pins passiert, interessiert den µC.

Mit genug Laststrom könnte ich mir sogar einen relevanten 
Spannungsabfall innerhalb des IC vorstellen.

[Alexander H. (alexander_h732)]

Die beiden Bilder (China Oszi) decken sich mit dem Datenblatt des 
TPS(continuous/discontinuous mode).
Das konnte ich so auch mit dem HP Oszi nachvollziehen (die Spannung war 
dort leicht niedriger, ca. 2,68V).

Ich hab dann mit der Glitch-Triggerfunktion herausgefunden, dass der 
kurze Spannungseinbruch beim Einschalten des LM9022 entsteht, also beim 
Umschalten vom diskontinuierlichen zum kontinuierlichen Betrieb. Der 
Einbruch geht bis 2,2V runter, daher logisch, dass die BOD den Reset 
auslöst.

[H. H. (hhinz)]

Nemopuk schrieb:
> Der brown-out Detektor dieses Mikrocontrollers ist nur für 3,3 und 5 V
> Versorgungsspannung geeignet.

Nimmt man eben einen externen.

[Jens G. (jensig)]

Alexander H. schrieb:
> Ich hab dann mit der Glitch-Triggerfunktion herausgefunden, dass der
> kurze Spannungseinbruch beim Einschalten des LM9022 entsteht, also beim
> Umschalten vom diskontinuierlichen zum kontinuierlichen Betrieb. Der
> Einbruch geht bis 2,2V runter, daher logisch, dass die BOD den Reset
> auslöst.

Wird Zeit, dass Du deinen Drahtigel mal optimierst. Mit ordentlicher 
Abblockung und ordentlicher Masse- und Betriebsspannungsführung wäre das 
nicht passiert ...

[Alexander H. (alexander_h732)]

Ich war mir eben unsicher, ob ich nicht >2,5V getriggert hab.😂
Mit der Einstellung < bekomme ich nun keine Ergebnisse.
Wie ist das < / > hier zu verstehen?
Also nochmal neu gemessen, per Edge Trigger. Ist das so korrekt?

[Rainer W. (rawi)]

Alexander H. schrieb:
> Also nochmal neu gemessen, per Edge Trigger. Ist das so korrekt?

Der Trigger Mode "auto" ist meist ziemlich tödlich, wenn du seltene 
Einzelereignisse suchst.

[Gerd E. (robberknight)]

Jens G. schrieb:
> Wird Zeit, dass Du deinen Drahtigel mal optimierst. Mit ordentlicher
> Abblockung und ordentlicher Masse- und Betriebsspannungsführung wäre das
> nicht passiert ...

ja.

Wie groß ist den Kondensator am Ausgang vom TPS61010?
Und wie groß ist der Kondensator den der LM9022 lädt?

Wenn der am TPS61010 nicht deutlich größer ist als der am LM9022 dann 
ist klar was passiert.

[Alexander H. (alexander_h732)]

Gerd E. schrieb:
> Jens G. schrieb:
>> Wird Zeit, dass Du deinen Drahtigel mal optimierst. Mit ordentlicher
>> Abblockung und ordentlicher Masse- und Betriebsspannungsführung wäre das
>> nicht passiert ...
>
> ja.
> Wie groß ist den Kondensator am Ausgang vom TPS61010?
> Und wie groß ist der Kondensator den der LM9022 lädt?
> Wenn der am TPS61010 nicht deutlich größer ist als der am LM9022 dann
> ist klar was passiert.

Der Pufferkondensator der Ladungspumpe am LM9022 ist 1uF groß, am 
Ausgang und Eingang des TPS61010 sitzen 10uF. Die Spannung fällt beim 
Einschalten auf 2,29Vmin. Ein Test mit 50uF Elko zusätzlich am Ausgang 
des TPS hat Vmin nur minimal erhöht.

[Gerd E. (robberknight)]

Alexander H. schrieb:
> Die Spannung fällt beim
> Einschalten auf 2,29Vmin. Ein Test mit 50uF Elko zusätzlich am Ausgang
> des TPS hat Vmin nur minimal erhöht.

Dann hab ich den Drahtigel und seine Masseführung etc. als Ursache im 
Verdacht.
Könnte natürlich auch ein zu hohes ESR des Elkos sein. Aber irgendwas in 
die Richtung.

[Alexander H. (alexander_h732)]

Es hat sicher mit dem hohen Einschaltstrom der Ladungspumpe zu tun. Die 
Umschaltung der Betriebsmodi des TPS ist wohl im Einschaltmoment zu 
langsam.
Gibt es vielleicht einfache Möglichkeiten zur Strombegrenzung?
Ich hab noch über einen Elko+Diode an Vcc des Atmega gedacht, der den 
Moment überbrückt. Aber selbst mit einer Schottkydiode mit niedriger Vf 
wird das wahrscheinlich zu knapp.

[Jens G. (jensig)]

Alexander H. schrieb:
> Gibt es vielleicht einfache Möglichkeiten zur Strombegrenzung?

Ich glaube, Du hast immer noch nicht begründet, warum es unbedingt 2,7V 
sein müssen. Denn wenn Du den BOD benutzt, der u.U. schon bei <=2,9V 
zuschlagen kann, ist dass eh' für die Katz', hier etwas optimieren zu 
wollen.
Also entweder einen externen BOD benutzen, oder gleich ganz weglassen.

[Rainer W. (rawi)]

Alexander H. schrieb:
> IMG_4683.jpeg

Ich sehe da keinen Spannungseinbruch. Stell das Signal doch einmal mit 
einer sinnvollen Zeitachse dar.

[Alexander H. (alexander_h732)]

Rainer W. schrieb:
> Alexander H. schrieb:
>> IMG_4683.jpeg
>
> Ich sehe da keinen Spannungseinbruch. Stell das Signal doch einmal mit
> einer sinnvollen Zeitachse dar.

[Gerd E. (robberknight)]

Der braucht also etwa 250µs um das Abfallen der Spannung einzufangen. 
Der TPS61010 läuft aber mit 500kHz. Das sind also 125 Taktzyklen. Das 
sollte der eigentlich schon schneller schaffen können.

Wenn nicht irgendwelche parasitären Elemente, schlechte Masseführung 
etc. die Regelung erschweren. Bei Schaltreglern ist das Layout und die 
Anbindung an den Rest der Schaltung immer essentieller Teil des Ganzen 
und müssen passen damit es funktionieren kann.

Kann natürlich auch sein dass der TPS61010 besonders langsam zwischen 
PWM und Pulse-Skipping umschaltet, hab mit dem konkret bisher keine 
Erfahrung. Könnte auch sein dass die Werte am COMP-Pin ungünstig gewählt 
sind und er daher langsam reagiert.

[Alexander H. (alexander_h732)]

Die Werte am Comp-Pin sind wie im Datenblatt gewählt (Figure 20).
Hab mal testweise 220uF an den Ausgang gehängt, der Abfall wird besser 
aber führt immer noch zum Reset.
Ich werde das wohl so belassen, da die Uhr auch mit Reset weiterläuft 
(RTC hab ich am Bat-Pin mit C+Diode gepuffert).
Was wären die Nachteile, wenn ich die BOD deaktiviere?

Gibt es konkrete Erfahrungen zum BOD Level? Dass ein Reset bereits ab 
unter 2,9V ausgelöst werden kann, hab ich bisher noch nie beobachten 
können.
Passiert das evtl. bei niedrigen Tenperaturen?

[Nemopuk (nemopuk)]

Alexander H. schrieb:
> Gibt es konkrete Erfahrungen zum BOD Level? Dass ein Reset bereits ab
> unter 2,9V ausgelöst werden kann, hab ich bisher noch nie beobachten
> können.

Das steht aber so im Datenblatt, und daran solltest du dich halten. 
Ansonsten ist es mit Absicht gefrickelt und gestümpert.

[Alexander H. (alexander_h732)]

Nemopuk schrieb:
> Alexander H. schrieb:
>> Gibt es konkrete Erfahrungen zum BOD Level? Dass ein Reset bereits ab
>> unter 2,9V ausgelöst werden kann, hab ich bisher noch nie beobachten
>> können.
>
> Das steht aber so im Datenblatt, und daran solltest du dich halten.
> Ansonsten ist es mit Absicht gefrickelt und gestümpert.

Ja, das stimmt. Aber offiziell liegt der Betriebsspannungsbereich bei 
2,7-5,5V. Demnach hätte ich angenommen, dass da auch das BOD Level 
liegt.
Wurde zB. hier diskutiert:
Beitrag "AVR was passiert kurz vor der Brown-Out Erkennung?"
Ab wann ist es denn gestümpert, nur bei aktiver BOD? 😂
Je nach Chip und Temperatur wird das BOD Level leicht varrieren, bei mir 
kommt 2,7V ziemlich genau hin.

[Nemopuk (nemopuk)]

Alexander H. schrieb:
> Ja, das stimmt. Aber offiziell liegt der Betriebsspannungsbereich bei
> 2,7-5,5V. Demnach hätte ich angenommen, dass da auch das BOD Level
> liegt.

Du bekommst das, was im Datenblatt steht, nicht was du annimmst.

> Ab wann ist es denn gestümpert

Wenn man den Chip außerhalb der im Datenblatt genannten Grenzen benutzt.

Viele Mikrocontroller funktionieren bei der minimalen Betriebsspannung 
nur eingeschränkt. Betrifft oft auch die Taktfrequenz, die ADC Referenz 
oder gar den ganzen ADC, und die USB Schnittstelle.

[Alexander H. (alexander_h732)]

Es ist ja nur ein Bastelprojekt, aber das Ganze soll funktionieren.

Wenn der BOD bereits bei 2,9V auslösen kann, muss ich den BOD 
deaktivieren.
Ich betreibe ein winziges Taschenrechner-VFD an einer NiMH-Zelle. Bei 3V 
steigt der Stromverbrauch schon um 15-20%.

Im normalen Betrieb läuft der Atmega ohne BOD scheinbar zuverlässig. Der 
Spannungseinbruch führt (soweit ich das testen konnte) zu keinem Fehler 
im Programm.
Es scheint aber am Layout zu liegen, denn nach Löten am Spannungsteiler 
ging der Einbruch nur noch bis 2,5V runter.😅
Das ist immernoch Pfusch, aber vielleicht erledigt sich das mit einer 
ordentlich aufgebauten Platine.

Als primitiven Displaytest habe ich mal Vcc vom Atmega abgeklemmt, so 
leuchten alle Segmente gleichzeitig.
Kann man das gefahrlos so machen, oder überlaste ich evtl. den Atmega 
dabei?
Der Rest der Schaltung hing weiter an der Versorgung. Danach wurde Vcc 
wieder angelegt. Wenn BOD deaktiviert ist, führt das zu Fehlern wie 
„45:10:17“ als Uhrzeit, oder Segmentdreher im Menü (also Fehler im 
Flash/EEprom?). Die Fehler bleiben auch nach Hardware Reset. Aber sobald 
der Stützkondensator (an Vbat der RTC) entladen und die Uhr danach 
wieder einschaltet wird, ist der Fehler reproduzierbar weg.

Was passiert da ungefähr? Kann jemand das Verhalten vom Atmega für Laien 
erklären?

[Rainer W. (rawi)]

Alexander H. schrieb:
> Wenn BOD deaktiviert ist, führt das zu Fehlern wie
> „45:10:17“ als Uhrzeit, oder Segmentdreher im Menü (also Fehler im
> Flash/EEprom?). Die Fehler bleiben auch nach Hardware Reset. Aber sobald
> der Stützkondensator (an Vbat der RTC) entladen und die Uhr danach
> wieder einschaltet wird, ist der Fehler reproduzierbar weg.

Wahrscheinlich ist er auch wieder weg, wenn du die Uhr lange genug 
laufen lässt, weil dann die interne Zählersteuerung zwischendurch greift 
und wieder ein gültiger Wert angezeigt wird - wenn auch wahrscheinlich 
ein falscher ;-)

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Alexander H. schrieb:
> „45:10:17“ als Uhrzeit

Vermutlich hast Du auf der Uhr die falsche Planetenzeit eingestellt.

Ein Tag auf dem Mond dauert etwa 29,5 Erdentage.

- Merkur: 4222,6
- Venus: 2802
- Pluto: 153,3